USB komunikacioni standard

Mart 2009

Boris Antić

Merni sistemi u industriji

Originalna USB specifikacija

USB konektor

USB hub

Klase USB uređaja

USB diskovi

Verzije USB standarda

• USB 1.0 (1996)– Low speed 1.5 Mbit/s (187.5 kB/s)

• USB 1.1 (1998)– Full Speed 12 Mbit/s (1.5 MB/s)

• USB 2.0 (2001)– High Speed 480 Mbit/s (60 MB/s)

• USB 3.0 (2008)– Super Speed 5 Gbit/s (300 MB/s)

1. OSI nivo• Upredena parica 90Ω ±15% • Pinovi Vcc, D+, D−i GND• Half-duplex diferencijalan prenos• Low Speed (LS) i Full Speed (FS) 0.0–0.3 V = “low” 2.8–3.6 V =

“high”• High Speed (HS) -10–10 mV = “low” i 360–440 mV = “high”• Terminacija 45Ω ka GND ili 90Ω diferencijalno• Host ‘konektor tipa A • "single-ended zero" stanje (SE0) = D+ i D- se

postavljaju na “low”• LS diže D- na “high” dok FS diže D+ na “high”• USB 2.0 "chirping“ – prvo pokušaju kao Full Speed

(D+ = “high”), zatim ide RESET, pa D- = “high”. Ako jei host HS on odgovara sa “chirp” signalom (naizmeničnaJ i K stanja na D- i D+)

1

USB OSI slojevi

2. Sloj veze podataka2. Sloj veze podataka

3. Mre3. Mrežžni slojni sloj

4. Transportni sloj4. Transportni sloj

7. Aplikacioni sloj7. Aplikacioni sloj

1. Fizi1. Fiziččki slojki sloj

1. OSI sloj

• NRZI s tim da 1 znači bez promene, a 0 označava promenu

• Bit-stuffing• Svi frejmovi su multipli od 8 bita• Sinhrnoizaciona sekvenca 00000001 (KJKJKJKK)• EOP (end-of-packet) • RESET = 10 - 20 ms SE0 signal.• Clock 480.00 Mbit/s ±500 ppm,

12.000 Mbit/s ±2500 ppm, 1.50 Mbit/s ±15000 ppm.

• Tipično HS ima brzinu do 3 MB/s, ponekad i do 10–20 MB/s 1

Tipovi USB konektora

8-pin AGOX connector Mini-B plug B-type plug A-type receptacle A-type plug

1

Tipovi USB konektora

1

Pinout konektora A i B

1

USB kablovi

1

USB kablovi

• Maksimalne dužine – USB 1.1 = 3 m– USB 2.0 = 5 m, preko hub-ova = 6x5 m = 30 m– USB 3.0 = Nema ograničenja (max 3 m)

• Maksimalan broj hub-ova = 5• Maksimalan broj uređaja po jednom

root hub-u = 127• Napajanje uređaja preko hub-a

1

USB paketi

• Handshake (2. OSI sloj)• Data (7. i 2. OSI slojevi)• Token (3. i 4. OSI slojevi)

234

7

2. OSI sloj

• Handshake paketi– ACK– NAK– STALL– USB 2.0 je uveo NYET i ERR

• Host šalje samo ACK• CRC kontrola grešaka

2

2. i 7. OSI sloj

• Data paketi– DATA0– DATA1– USB 2.0 je uveo DATA2 i MDATA

• PRE paket– LS USB

2

7

3. OSI sloj

• Adresiranje u okviru Token paketa:– PID bajt + 11 bitna adresa i 5-bitni CRC

• Prilikom konekcije USB uređaja na host, počinje proces numerisanja (dodeljivanja adrese)– Host šalje RESET signal USB uređaju. RESET služi i za

određivanje brzine.– Uređaju se dodeljuje jedinstvena 7-bitna adresa.

Ako host prepozna da podržava USB uređaj preko postojećih drajvera, ovi drajveri se učitavaju u memoriju hosta i USB uređaj se smatra konfigurisanim

– Ako se host restartuje, numerisanje se ponavlja za sve prikačene uređaje. Pri tome numeracija može biti izmenjena

3

4. OSI sloj

• Token paketi– IN– OUT– SETUP– USB 2.0 je uveo PING i SPLIT

4

USB 3.0• Projektovano 5 Gbit/s, teorijski 500 MB/s, realno 400 MB/s• Dual-simplex prenos podataka (2 diferencijalne upredene parice) u

Super Speed režimu• 2 žice za napajanje, 2 žice za ne-SuperSpeed prenos i 4 žice za

SuperSpeed prenos• Uspostavlja se virtualni komunikacioni kanal (pipe) između hosta i

svakog uređaja• Uvođenje Stream-ova• Power management (idle, sleep, suspend, Link-, Device- i Function-

stanja)• Povećanje kapaciteta napajanja na 150mA (+50% u odnosu na USB

2.0)• Posebno konfigurisani uređaji 150 mA x 6 = 900mA (+80% u odnosu

na USB 2.0)

USB uređaji i tehnologije

• Plug’n’play

• Nestandardni uređaji

• Wireless USB